Il cuore umano batte circa 35 milioni di volte all'anno, pompando efficacemente il sangue nella circolazione tramite quattro diverse valvole cardiache. Sfortunatamente, in oltre quattro milioni di persone ogni anno, questi delicati tessuti malfunzionano a causa di difetti alla nascita, peggioramenti legati all'età, e infezioni, causando malattie della valvola cardiaca.
Oggi, i medici utilizzano protesi artificiali o tessuti fissi di origine animale e cadavere per sostituire le valvole difettose. Mentre queste protesi possono ripristinare la funzione del cuore per un po', sono associati a comorbilità avverse e si consumano e devono essere sostituiti durante interventi chirurgici invasivi e costosi. Inoltre, nei bambini, le protesi valvolari cardiache impiantate devono essere sostituite ancora più spesso poiché non possono crescere con il bambino.
Una squadra guidata da Kevin Kit Parker, dottorato di ricerca presso il Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering dell'Università di Harvard, ha recentemente sviluppato una tecnica di fabbricazione di nanofibre per produrre rapidamente valvole cardiache con potenziale rigenerativo e di crescita. In un articolo pubblicato su Biomateriali , Andrea Capulli, dottorato di ricerca e colleghi hanno fabbricato una rete di nanofibre a forma di valvola che imita le proprietà meccaniche e chimiche della matrice extracellulare della valvola nativa (ECM). Per realizzare questo, il team ha utilizzato la tecnologia di filatura a getto rotante proprietaria del laboratorio Parker, in cui un ugello rotante estrude una soluzione ECM in nanofibre che si avvolgono attorno a mandrini a forma di valvola cardiaca. "La nostra configurazione è come una macchina per zucchero filato molto veloce che può far girare una gamma di materiali sintetici e naturali. In questo studio, abbiamo utilizzato una combinazione di polimeri sintetici e proteine ECM per fabbricare JetValves biocompatibili che sono emodinamicamente competenti all'impianto e supportano la migrazione cellulare e il ripopolamento in vitro. È importante sottolineare che possiamo realizzare JetValves di dimensioni umane in pochi minuti, molto più velocemente di quanto possibile per altre protesi rigenerative, " ha detto Parker.
Per sviluppare ulteriormente e testare il potenziale clinico di JetValves, Il team di Parker ha collaborato con il team di traduzione di Simon P. Hoerstrup, M.D., dottorato di ricerca, presso l'Università di Zurigo in Svizzera, che è un'istituzione partner del Wyss Institute. In qualità di leader nelle protesi cardiache rigenerative, Hoerstrup e il suo team a Zurigo hanno precedentemente sviluppato rigenerativi, valvole cardiache di ingegneria tissutale per sostituire le valvole cardiache meccaniche e a tessuto fisso. Nell'approccio di Hoersrup, le cellule umane depositano direttamente uno strato rigenerativo di ECM complesso su scaffold biodegradabili a forma di valvole e vasi cardiaci. Le cellule viventi vengono quindi eliminate dagli scaffold risultando in una protesi a base di matrice umana "pronta all'uso" pronta per l'impianto.
Nella carta, il team interdisciplinare ha impiantato con successo JetValves nelle pecore utilizzando una tecnica minimamente invasiva e ha dimostrato che le valvole funzionavano correttamente nella circolazione e rigeneravano nuovo tessuto. "Nei nostri studi precedenti, gli scaffold rivestiti con ECM derivati dalle cellule potrebbero reclutare cellule dal cuore dell'animale ricevente e supportare la proliferazione cellulare, rimodellamento della matrice, rigenerazione dei tessuti, e anche la crescita degli animali. Sebbene queste valvole siano sicure ed efficaci, la loro produzione rimane complessa e costosa poiché le cellule umane devono essere coltivate a lungo in condizioni fortemente regolamentate. Il processo di produzione molto più veloce di JetValve può essere un punto di svolta in questo senso. Se riusciamo a replicare questi risultati negli esseri umani, questa tecnologia potrebbe avere vantaggi inestimabili nel ridurre al minimo il numero di reinterventi pediatrici, " disse Hoerstrup.
A sostegno di questi sforzi traslazionali, il Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering e l'Università di Zurigo hanno annunciato oggi uno sforzo di squadra interistituzionale per generare una sostituzione funzionale della valvola cardiaca con capacità di riparazione, rigenerazione, e crescita. Il team sta anche lavorando a una versione di livello GMP del loro personalizzabile, scalabile, e un processo di produzione conveniente che consentirebbe l'implementazione in una vasta popolazione di pazienti. Inoltre, la nuova valvola cardiaca sarebbe compatibile con procedure minimamente invasive per servire sia pazienti pediatrici che adulti.
Il progetto sarà condotto congiuntamente da Parker e Hoerstrup. Parker è un membro della facoltà principale del Wyss Institute e Tarr Family Professor di bioingegneria e fisica applicata presso la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS). Hoerstrup è presidente e direttore dell'Istituto di medicina rigenerativa dell'Università di Zurigo (IREM), Co-direttore del Wyss Translational Center di Zurigo e membro della facoltà associata del Wyss Institute.
Poiché le JetValve possono essere prodotte in tutte le forme e dimensioni desiderate, e impiega da secondi a minuti per produrre, l'obiettivo del team è fornire servizi personalizzati, pronto all'uso, le valvole cardiache rigenerative molto più velocemente e a un costo molto inferiore rispetto a quanto attualmente possibile.
"Raggiungere l'obiettivo della minima invasività, le valvole cardiache rigeneranti a basso costo potrebbero avere un enorme impatto sulla vita dei pazienti di età, confini sociali e geografici. Di nuovo, la nostra struttura di team collaborativo che combina competenze uniche e leader nella bioingegneria, medicina rigenerativa, innovazione chirurgica e sviluppo del business attraverso il Wyss Institute e le nostre istituzioni partner, ci permette di far progredire lo sviluppo tecnologico in modi non possibili in un laboratorio accademico convenzionale, ", ha affermato il direttore fondatore del Wyss Institute, Donald Ingber, M.D., dottorato di ricerca, che è anche Judah Folkman Professor of Vascular Biology presso HMS e Vascular Biology Program presso il Boston Children's Hospital, nonché Professore di Bioingegneria presso SEAS.
